Астрофизики выяснили, кто крадет темную материю у малых галактик

Темной материи во Вселенной в пять с лишним раз больше, чем обычной, видимой. С точки зрения современной космологии именно темная материя привела к образованию галактик: ее гравитация «собирала» вокруг себе пыль и газ, из них образовались звезды и пылевые облака, особо крупными скоплениями которых галактики и выступают. Причем если галактика маломассивна, она должна притягивать и меньше видимой материи, а в итоге будет иметь и меньше звезд.

До поры практически все наблюдаемые малые галактики соответствовали этому правилу. Благо обнаружить там темную материю и оценить ее массу не так сложно: достаточно сравнить скорость вращения звезд вокруг центра галактики. Если у светил на галактической периферии скорость вращения вокруг центра выше, чем должна быть исходя из наблюдаемой видимой материи, — значит, налицо влияние темной материи.

Однако не так давно астрономы открыли две маломассивные галактики, где практически не было темной материи, — DF2 и DF4. Они прямо нарушали представления космологов и вызвали энтузиазм у сторонников альтернативных теорий, пытающихся показать, что темной материи нет и сила тяготения на крупных масштабах почему-то нелинейно изменяется. Проблема усугубилась, когда попытка получить галактики с параметрами DF2 и DF4 моделированием провалилась.

Авторы новой работы, опубликованной в Nature Astronomy, попробовали объяснить ситуацию с помощью стандартной модели темной материи. Для этого они применили моделирование, в котором обычные маломассивные галактики проходят крайне близко к более крупным.

Вообще, предположение, что близкий проход такого рода может лишить малую галактику ее темной материи, не нов. Более полугода назад Naked Science уже описывал эту проблему.

Тогда мы попросили физика Николая Горькавого прокомментировать эту непростую ситуацию. Ученый отметил, что известен целый ряд галактик, у которых темной материи «излишек»: например, Стрекоза-44. Из этого, продолжил он, напрашивается вывод, что галактики при серьезных сближениях способны «обдирать» соседние галактики, лишая их части темной материи. Тогда один объект будет с ее избытком, как Стрекоза-44, а другие — с недостатком, как DF2 и DF4.

Ценность новой работы в том, что ее авторы попробовали рассчитать вероятность такого события. Исследователи с помощью моделирования сближений тех или иных реальных галактик показали, что достаточно массивные галактики должны «обдирать» более малые, зачастую лишая их темной материи. Крупные галактики с массой видимой материи более ста миллиардов солнечной должны иметь малую галактику-спутник практически без темной материи в 30% случаев.

Из этого следует, что формирование и облик галактики определяются историей ее прошлых сближений в куда большей степени, чем было принято думать. Получается, дефицит темной материи — достаточно распространенное явление, и будущие астрономические наблюдения должны подтвердить это.

Другое важное следствие: альтернативные теории, пытающиеся объявить темную материю несуществующей, в этом случае скорее получают проблему, чем подтверждение. Если часть малых галактик имеет много темной материи, а часть — мало, но при этом их размеры близки, то в рамках альтернативной теории крайне трудно объяснить, почему сила тяжести с расстоянием от центра в них изменяется по-разному.

Вопрос о природе темной материи — один из ключевых в современной физике и космологии. Как писал Naked Science, если темная материя существует, возможен вариант, когда она ведет к циклически сжимающейся и расширяющейся Вселенной. В случае подтверждения этой гипотезы наблюдениями (а наблюдения, способные ее подтвердить, уже идут) все наше представление об окружающем мире может серьезно измениться.